Интернет-журнал "Домашняя лаборатория", 2008 №5 - Смолин

сливаются с пресинаптической мембраной и выпускают дофамин в синаптическую щель. Поступивший в синаптическую щель дофамин связывается с рецепторами на постсинаптической мембране и с ауторецепторами пресинаптического нейрона. Связывание нейромедиатора с рецепторами постсинаптического нейрона «включает» трансмембранный поток ионов, что приводит к изменению заряда мембраны нейрона. Изменение заряда (область переполяризации мембраны) распространяется вдоль аксона, что собственно и представляет собой нервный импульс, и сигнал идет дальше следующему нейрону. Через ауторецепторы синтез дофамина в пресинаптическом нейроне ингибируется. Неиспользованный дофамин транспортируется обратно в пресинаптический нейрон или окисляется ферментами, работающими в синаптической щели (катехоламин-о-метилтрансфераза, моноаминоксидаза и другие).

Другой нейромедиатор, серотонин, работает сходным образом. Есть нейрон, который передает сигнал, и есть нейрон, который его принимает. Передающий нейрон синтезирует серотонин. Когда поступает сигнал, серотонин выпускается в синаптическую щель и связывается с рецептором на мембране воспринимающего нейрона.

После того, как нейромедиатор серотонин поступил в синаптическую щель, часть его была использована для запуска сигнала и деполяризации постсинаптической мембраны, а часть (также как и в случае с дофамином) осталась «болтаться» в синаптической щели. Во-первых, этот неиспользованный серотонин разрушается ферментами. Но система устроена настолько экономично, что на пресинаптической мембране (то есть на мембране подавшего сигнал нейрона) «сидит» специальный белок — транспортер серотонина, который, как хорошая хозяйка, закладывает обратно на хранение неиспользованный серотонин. Оказалось, что генетически детерминированы две формы этого белка-транспортера, одна работает быстро, а другая медленно. Ниже показано, чем на уровне ДНК отличаются эти две формы. Оказалось, что различие между ними вызвано различием в регуляторной области гена.

Вставка в регуляторном участке гена транспортера серотонина ("длинный аллель”).

У гомозигот по длинному аллелю уровень синтеза данного белка в 2 раза выше, чем у гомозигот по короткому аллелю, что ассоциируется с повышенной склонностью к депрессии при неблагоприятных жизненных событиях.

Если белка-транспортера много, то серотонин поступает в синаптическую щель, и тут же начинает закачиваться обратно. Рецепторы, даже не успевают толком на него среагировать — это случай склонности к депрессии и, возможно, повышенной частоты самоубийств. Лекарства от депрессии блокируют работу транспортера серотонина и дают возможность серотонину сделать свою работу.

Для исследования связи между генотипом по гену серотонина и склонностью к депрессии провели следующий эксперимент. Выборку молодых людей до 26-летнего возраста опросили о том, какие тяжелые переживания достались на их долю, и о том, бывает ли у них депрессия, а затем определили, какие аллели он по гену транспортера серотонина они несут. Оказалось, что существует связь между перенесенными стрессами и сообщениями о депрессии в зависимости от того, какой вариант гена транспортера серотонина они несли. Люди с высокоактивным белком-транспортером серотонина чаще испытывают депрессию по мере накопления негативных событий в их жизни, чем те, у кого транспортер обладает низкой активностью. Если же негативных событий в жизни было мало, то различия между людьми с разными генотипами не были обнаружены.

Сейчас выявлено около 60 генов, регулирующих передачу нервного импульса в разных системах мозга.

Выше упоминался фермент моноаминоксидаза А (МАОА), который разрушает нейротрансмиттеры, оставшиеся в синаптической щели. Этот ген привлек внимание ученых, когда была обнаружен семья с мутацией в этом гене. На прием к врачу пришла женщина, которая хотела иметь ребенка, но боялась, что ребенок будет болен, — у нее в семье мужчины (не все, но многие) отличались высокой агрессивностью (немотивированная агрессия и легкая степень умственной отсталости). Когда они были обследованы, оказалось, что это не просто дурной характер, а генетически детерминированное заболевание. Родословная этой семьи представлена на рисунке (темные кубики — больные мужчины, кружочки с ромбиком в центре обозначают женщин-носительниц мутации).

Х-сцепленное наследование признака

По характеру наследования поняли, что это заболевание, сцепленное с X-хромосомой, потому что здоровые женщины рожали больных сыновей (дочери рождались нормальными, потому что у них две Х-хромосомы, и в одной ген мутантный, но в другой — нормальный). На Х-хромосоме нашли мутантный ген, оказалось, что он кодирует МАОА. Мутация — единичная нуклеотидная замена, которая вела к обрыву синтеза белка и МАОА при этом была нефункциональна. Таким образом, замена одного нуклеотида (цитозина на Тимин в данном случае) приводила к изменению поведения.

Этот ген стали более активно исследовать. Такая мутация, как в этой семье, полностью инактивирующая фермент, больше нигде не была найдена, но были обнаружены мутации, снижающие активность МАОА. Исследовали группу людей с низкой и нормальной активностью МАОА и сравнили количество случаев асоциального поведения (нападение, нападение с целью нанесения повреждений, убийство, изнасилование, жестокость по отношению к животным). Когда просто так исследовали выборку, разницы не нашли. Но когда эту выборку разделили по условиям воспитания в детстве, оказалось, что разница в поведении людей, которые воспитывались в благоприятных условиях, практически отсутствует, а вот если условия были плохие, то разница становится существенной.

Для изучения связи моноаминоксидазы А с поведением провели серию экспериментов на мышах. У мышей «нокаутировали» (то есть инактивировали) ген МАОА. Такие мыши были очень агрессивны, они набрасывались на своих сородичей без всякого повода, то есть вели себя также как и люди с аналогичным генетическим дефектом. Эти исследования помогают понять, что именно в поведении детерминировано генетически и в какой мере, а что подвержено влиянию среды.

Другая серия исследований была посвящена тому, как формируется память и каким образом в этом процессе участвуют гены. На мышах была проведена серия экспериментов. Были исследованы глутаматные рецепторы. Они работают в зоне мозга, которая связана с ориентацией на местности. Нобелевский лауреат Сусуми Тонегава получил мышей, мутантных по рецептора глутамата, и исследовал их способность к запоминанию. В разных мышиных тестах мутанты не отличались от нормальных собратьев, но в тесте на запоминание положения предметов оказались "двоечниками". Мышей запускали в ванну с платформой, на которую можно было встать. Непрозрачная вода не позволяла узнать где платформа, пока мышь не наткнется на нее случайно. Обычно мыши, несколько раз побывав в ванне, запоминали, где находится платформа и сразу плыли к ней. Мутанты не могли запомнить даже после десятков повторений. Их "географический кретинизм" связан с мутацией в рецепторе. Изменив этот рецептор, удалось получить и мышей-"отличниц".

Дело в том, что существуют как минимум два типа глутаматных рецепторов. Один тип работает у молодых мышей и в ответный на сигнал дает сильный ионный ток